备考高考物理一轮金牌训练 第二部分 专题七 第1讲　高中物理常用解题方法(一)——图象法、假设法、等效法、整体法和隔离法课件

第二部分 学科特色专题突破专题七 高中物理常用解题方法解物理习题是学好物理的重要环节，它在建立和发展同学们的物理认知结构，形成和提高同学们的物理思维能力等方面有着不可替代的作用思维是掌握知识的重要心理过程，在感知事物的基础上，通过思维可以认识事物的本质和内在规律用物理思维方法指导解题有助于创新意识的培养和创造性思维的发展在高考复习中，同学们如果注重使用科学思维方法来指导解物理习题，就能起到出奇制胜的效果，并且能从中体会到学习物理的乐趣本讲将着重探讨图象法、极端法、假设法、整体法和隔离法、等效法、对称法、全过程法、逆向思维法、递推法等方法在解物理题中的应用第1讲高中物理常用解题方法(一)图象法、假设法、等效法、整体法和隔离法图象法方法简介：在高考的能力要求中“能应用图象进行分析”，图象表达是处理物理问题能力的一个重要方面在历届的高考中，均有一定数量的图形考查题出现，且占有相当大的分值比例，所以学会识图、画图和用图就变得尤为重要力学中主要包括位移时间图象(st 图象)、速度时间图象(vt 图象)等；电学中的有电场线分布图、磁感线分布图、等势面分布图、交流电图象等；还有气体图象 pV 图、VT 图、pT 图等；在实验中也涉及不少图象，如验证牛顿第二定律时要用到 aF 图象、a1/m 图象，用“伏安法”测电阻时要画出 IU 图象，测电源电动势和内阻时要画 UI图象等；在各类习题中图象问题也是频频出现，更有些图象是教材中未曾出现过的，如力学中 Ft 图，电磁感应中的t 图、Et 图等处理图象问题的关键是搞清图象所揭示的物理规律或物理量间的函数关系，全面系统地看懂图象中的“轴”、“线”、“点”、“斜率”、“面积”、“截距”等所表示的物理意义在运用图象法求解物理问题时，还需要具有将物理现象转化为图象问题的能力运用图象解答物理问题包括运用题目给定的图象解答物理问题及根据题设去作图、运用图象解答物理问题两个方面【例 1】(2009 年山东卷)某物体做直线运动的 vt 图象如图 711 所示，据此判断四个选项中(F 表示物体所受合力，x 表示物体的位移)正确的是()图 711解析：由图甲可知前两秒物体做初速度为零的匀加速直线运动，所以前两秒受力恒定；2 s4 s 做正方向匀减速直线运动，所以受力为负，且恒定；4 s6 s 做负方向匀加速直线运动，所以受力为负，恒定；6 s8 s 做负方向匀减速直线运动，所以受力为正，恒定；综上分析 B 正确答案：B1如图 712 所示，一宽为 40 cm 的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里一边长为 20 cm 的正方形导线框位于纸面内，以垂直于磁场边界的恒定速度 v20 cm/s 通过磁场区域，在运动过程中，线框有一边始终与磁场区域的边界平行取它刚进入磁场的时刻 t0，在下列图线中，正确反映感应电流随时间变化规律的是()图 712解析：可将切割磁感应线的导体等效为电源按闭合电路来考虑，也可以直接用法拉第电磁感应定律按闭合电路来考虑. 当导线框部分进入磁场时，有恒定的感应电流，当整体全部进入磁场时，无感应电流，当导线框部分离开磁场时，又能产生相反方向的感应电流，所以应选 C.答案：C假设法方法简介：物理学和数学一样，如果题设的条件不充分，或者不明显，就会给解题带来很大困难问题比较简单，可以通过分析类比来作出判断问题比较复杂，则很难用分析类比来作出正确判断，此时可以考虑采用假设法采用假设法解题时，一般应首先按题意作出合理假设，然后运用物理规律按正常步骤解题，如果得出的结果与预先的假设出现矛盾，说明这个假设是错误的，这时，一般应另辟蹊径重新作出假没，直至与题意不出现矛盾为止必要时还需作出讨论，以便选出完全符合题意的正确答案相对来说，用假设法解题比采用其他方法要繁琐一些，但对一些比较困难的题目，仍不失为一种有效的方法，它有利于我们拓展思维，提高分析、解决问题的能力【例 2】如图 713 所示，甲、乙两物体的质量分别为 m12 kg，m23 kg，叠放在水平桌面上已知甲、乙间的动摩擦因数为10.6，乙与水平桌面间的动摩因数为20.5，现用水平拉力 F 作用于物体乙上，使两物体一起沿水平方向向右做匀速直线运动，如果运动中 F 突然变为零，则甲在水平方向上的受力情况为(g 取 10 m/s2)(A大小为 12 N，方向向右B大小为 12 N，方向向左C大小为 10 N，方向向右D大小为 10 N，方向向左)图 713解析：当 F 突变为零时，可假设甲、乙两物体一起沿水平方运动，则它们运动的加速度可由牛顿第二定律求出由此可以求出甲所受的摩擦力若此摩擦力小于它所受的滑动摩擦力，则假设成立，反之不成立假设甲、乙两物体一起沿水平方向运动，对于乙，由牛顿第二定律得：图 53f2(m1 m2)a f2N22(m1 m2)g 由得：a5 m/s2如图 53 可得甲受的摩擦力为 f1m1a10 N因为 fmax1m1g12 Nf1fmax所以假设成立，甲受的摩擦力为 10 N，方向向左应选 D.答案：D等效法方法简介：等效法是科学研究中常用的思维方法之一，它是从事物的等同效果这一基本点出发的，它可以把复杂的物理现象、物理过程转化为较简单的物理现象、物理过程来进行研究和处理，其目的是通过转换思维活动的作用对象来降低思维活动的难度用等效法研究问题时，并非指事物的各个方面效果都相同，而是强调某一方面的效果，因此一定要明确不同事物在什么条件、什么范围、什么方面等效在中学物理中，我们通常可以把所遇到的等效分为：物理量等效、物理过程等效、物理模型等效【例 3】如图 714 所示，绝缘光滑轨道 AB 部分是倾角为 30的斜面，AC 部分为竖直平面上半径为 R 的圆轨道，斜面与圆轨道相切整个装置处于场强为 E、方向水平向右的匀强电场中现有一质量为 m 的带正电，电量为 q小球，要使小球能安全通过圆轨道，在 O 点的初速度至少为多大？图 714解析：运动特点：小球先在斜面上运动，受重力、电场力、支持力作用，然后在圆轨道上运动，受到重力、电场力，轨道作用力作用，且要求能安全通过圆轨道对应联想：在重力场中，小球先在水平面上运动，重力不做功，后在圆轨道上运动的模型：过山车等效分析：如图 715 甲所示，对小球受电场力和重力，将电场力与重力合成视为等效重力 mg，大小为：，得30，于是等效重力方向为垂直斜面向下，即小球在斜面上运动，等效重力不做功小球运动可类比为重力场中的过山车模型图 715规律应用：分析重力中的过山车运动，要过圆轨道存在一个最高点，在最高点重力提供向心力(不能大于向心力)，只要能过最高点就能安全通过圆轨道如果将斜面顺时针转30，就成了如图乙所示的过山车模型，最高点应为等效重力方向上直径对应的点 B，则 B 点应满足“重力”刚好提供向2一条长为 l 的细线上端固定在 O 点，下端系一个质量为 m 的小球，将它置于一个很大的匀强电场中，电场强度为 E，方向水平向右，已知小球在 B 点时平衡，细线与竖直线的夹角为，如图 716 所示，求：(1)当悬线与竖直线的夹角为多大时，才能使小球由静止释放后，细线到竖直位置时，小球速度恰好为零？(2)当细线与竖直线的夹角为时，至少要给小球一个多大的冲量，才能使小球在竖直面内做圆周运动？图 716解：本题是一个带电粒子在匀强电场和重力场中运动的综合问题，在处理时，由于电场力和重力都是恒定的，所以可以将匀强电场和重力场看成一个复合场对小球在 B 点的受力分析如图 54 所示，由于小球是在匀强电场和重力场的复合场中运动，其等效重力加速度(复合场场强)小球的运动类比为一单摆，B 点为单摆的平衡位置要使竖直位置为最大位移处，由对称性即可知：悬线与竖直线的夹角为2.绳系小球在匀强电场和重力场的复合场中做圆周运动的条件与在重力场中类似，只不过运动时其等效“最低”点是 B，其等效“最高”点是与等效“最低”点 B 以 O 点为对称的 D 点，其等效重力加速度(复合场场强)为 g，所以小球要求能够在竖直面内做圆周运动，在等效“最高”点 D 的图 54整体法和隔离法方法简介：在解答物理问题时，往往会遇到有相互作用的两个或两个以上的物体所组成的比较复杂的系统分析和解答这类问题时，确定研究对象是关键对系统内的物体逐个隔离进行分析的方法称为隔离法；把整个系统作为一个对象进行分析的方法称为整体法隔离法的优点在于能把系统内各个物体所处的状态、物体状态变化的原因以及物体间相互作用关系分析清楚，能把物体在系统内与其他物体相互作用的内力转化为物体所受的外力，以便应用牛顿第二定律进行求解；缺点是涉及的因素多，比较繁杂整体法的优点是只需分析整个系统与外界的关系，避开了系统内部繁杂的相互作用，更简洁地展现出物理量间的关系；缺点是无法讨论系统内部的情况一般地说，对于不要求讨论系统内部情况的，首选整体法，解题过程简明、快捷；要讨论系统内部情况的，必须运用隔离法实际应用中，隔离法和整体法往往需要交替使用【例 4】如图 717 所示，质量为 M 的框架放在水平地面上，一个轻质弹簧固定在框架上，下端拴一个质量为 m的小球当小球上下振动时，框架始终没有跳起，在框架对)地面的压力为零的瞬间，小球加速度大小为(图 717解析：解法一：分别以框架和小球为研究对象，当框架对地面的压力为零时作受力分析如图 55 所示图 55对框架：FMg对小球：mgFma所以 a(Mm)g/m.方向向下解法二：以框架和小球整体为研究对象，框架和小球所受的重力为(Mm)g，框架对地的高度不变，其加速度为零，故合外力提供小球做加速运动所需的外力，对系统由牛顿第二定律有：(Mm)gma.答案：D3有一个直角支架 AOB，AO 水平放置，表面粗糙，OB 竖直向下，表面光滑，AO 上套有小环 P，OB 上套有小环 Q，两环质量均为 m，两环间有一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连，并在某一位置平衡，如图 718 所示，现将 P 环向左移一小段距离，两环再次达到平衡，那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态相比较，AO 杆对 P 环的支持力 FT 和细绳上的拉力 FN 的变化情况是()图 718AFN 不变，FT 变大BFN 不变，FT 变小CFN 变大，FT 变大DFN 变大，TT 变小解析：先用隔离法，对环 Q：因 OB 杆光滑，故细绳拉力 FT 的竖直分量等于环的重力，当 P 环向左移动一小段时，细绳与竖直方向的夹角变小，故细绳的拉力 FT 变小再用整体法，对两环和细绳构成的系统：竖直方向只受到OA 杆的支持力FN 和两环的重力，故在P 环向左移动一小段距离后，FN 保持不变，故应选 B.答案：B点评：(1)绳的拉力还可用极端法分析，当 P 环移到最左端 O 时，FT 最小，FTmg.当环移到细绳接近于水平时，FT趋于无穷大，故知，环 P 向左移动，FT 变小(2)还可以隔离环 P，分析其受到的摩擦力的变化情况，P 环左移，FT 变小，细绳与 OA 的夹角变大，故 FT 的水平分量变小，P 环的静摩擦力变小4(双选)如图 719 所示，叠放的 a、b、c 三块粗糙物块，其上面的接触处均有摩擦，但摩擦系数不同，当 b 物体受到一水平力 F 作用时，a 和 c 随 b 保持相对静止，做向右的加速运动，此时()Aa 对 c 的摩擦力的方向向右Bb 对 a 的摩擦力的方向向右Ca 对 b、a 对 c 的摩擦力大小相等图 719D桌面对 c 的摩擦力大于 a、b 间的摩擦力解析：本题考查运动学与动力学结合问题及“整体法”与“隔离法”的综合应用根据物体的运动情况判断物体的受力情况，再根据物体间的相互作用关系判断另一物体的受力情况解此题的关键是选好研究对象先隔离 c 物体，受力如图 56 所示，整体向右做匀加速运动，因此 a 对 c 的摩擦力方向向右，所以 A 正确；再隔离 a 物体，根据牛顿第三定律，c 对 a 的摩擦力方向向左，而 a 的加速度方向向右，根据牛顿第二定律可知，b 对 a 的摩擦力方向应向右，并且Fba Fca，故 B 正确，而 C 不正确；通过研究 c 物体可以看出，桌面对c 的摩擦力小于 a、c 间的摩擦力，故 D 不正确正确选项为AB.图 56答案：AB